畢業(yè)設計論文多點溫度巡回檢測系統(tǒng)

1、畢業(yè)論文 (2007屆)多點溫度巡回檢測系統(tǒng)學生姓名： _* 學 號： 院 系： 機電工程系 專 業(yè)： _自動化 指導教師： 完成日期： i多點溫度巡回檢測系統(tǒng)摘要用一個自然段就可以了，我?guī)湍愫喜⒘艘幌?，并簡單修正了一下，你自己再斟酌并把語句盡量再通順通順。摘 要本設計為多點溫度巡回檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)由上位機、下位機、通訊三部分組成。采用以計算機作為上位機，以單片機為核心的儀器作為下位機，再加上通訊來完成設計。該系統(tǒng)是利用多臺下位機來采集分布在不同位置的溫度值，實現(xiàn)多點的測量，通過網絡與計算機通訊，解決了溫度測量中分布與多點的問題，并且由計算機來實現(xiàn)對溫度的集中監(jiān)視與管理。多點溫度巡回檢測以計算機

2、為平臺設計的溫度測量管理軟件對整個系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理，并對下位機可進行系統(tǒng)參數(shù)的設定；實現(xiàn)對多點溫度的采集、數(shù)據(jù)處理、實時顯示、報表，打印等功能。下位機主要以單片機at89c52為核心，用small rtos51作為軟件開發(fā)平臺，實現(xiàn)對多點溫度進行巡回檢測，包括溫度轉換、溫度設定、顯示以及報警等功能，同時實現(xiàn)與上位機的通信。通訊采用串口的方式，以應用于電子控制器上的一種通用語言modbus協(xié)議來實現(xiàn)，便于聯(lián)網與網絡管理。關鍵詞 溫度檢測；高精度；small rtos51；串口；modbusthe cycling multi-point temperature detection systemab

3、stractthe design of the cycling multi-point temperature detection system uses computers and microcontrollers as pcs and lower computers respectively, together with communications between them.this system adopts several lower computers to acquire the temperature, distributing in different positions,

4、and solves the problem of distribution and different points in the measurement of temperature through computer communications network, monitoring and management of the temperature can also be reached.the cycling multi-point temperature detection system consists of pcs, lower computers and communicat

5、ions, and manages the entire system by software, realizing the functions just as acquisition, data processing, real-time display, report, print of multi-point temperature and so on. the core of lower computers is at89c52 mcu. the software in the instrument adopts small rtos51. this part implements t

6、he cycling detection of multi-point temperature, including the functions of conversion, setting, display, alarm and communications. the communications bases on modbus protocol, making use of serial port mode, and then puts interconnection and management of network into effect.keywords temperature de

7、tection; high precision; small rtos51; serial port; modbus目 錄中文摘要 .i英文摘要ii1前言12系統(tǒng)設計12.1系統(tǒng)要求12.2溫度傳感器及其測溫原理12.1.1分立式式溫度傳感器12.1.2模擬集成溫度傳感器22.1.3集成數(shù)字化溫度傳感器22.1.4系統(tǒng)分析和測溫傳感器的選擇22.2系統(tǒng)方案的確定33多點溫度巡回檢測系統(tǒng)的硬件設計43.1系統(tǒng)結構與各功能模塊43.2 ad5906321 ad590的性能特點與工作原理6322 ad590的應用73.3 數(shù)據(jù)采集及處理模塊73.3.1 at89c52簡介83.3.2 通道選擇的實現(xiàn)

8、83.3.3 模數(shù)轉換的實現(xiàn)93.4 顯示報警及操作模塊93.4.1 液晶顯示93.4.2 報警模塊103.4.3 按鍵模塊103.5 數(shù)據(jù)通訊模塊104多點溫度巡回檢測系統(tǒng)的軟件設計114.1下位機軟件程序設計114.1.1下位機程序開發(fā)方法簡介114.1.2 small rtos5l簡介114.1.3 下位機程序設計的實現(xiàn)124.1.4 串口通訊及協(xié)議134.2 上位機溫度控制軟件設計145系統(tǒng)測試與分析175.1通道選擇調試175.2溫度測量175.3上位機與下位機通訊調試176系統(tǒng)的抗干擾措施186.1 下位機的抗干擾措施186.2 數(shù)據(jù)通訊校驗187系統(tǒng)的進一步發(fā)展方向198參考文獻

9、199附錄2010致謝2325251 前言 溫度是科學技術中最基本的物理量之一，物理、化學、生物等學科都離不開溫度。在工農業(yè)生產和科學研究中，諸如航空抗天、電力、化工、制藥、石油、食品工程等領域，溫度作為最普遍、最重要的操作參數(shù)之一。例如在許多電子儀器設備中，其要在一定的溫度范圍內運行，否則輕則不能正常工作，重則燒壞設備；在石油冶煉、化工生產、生物制藥領域，它們是利用化學反應來生產產品，其中溫度是作為重要的反應條件；如果沒有一個合適的溫度，糧倉內的糧食就會發(fā)霉，酒類的品質就無法保障，許多食品將無法保存。由此可見，溫度的檢測及其控制對生產和研究非常重要。在工農業(yè)生產和科學研究的許多場合，特別是在

10、大規(guī)模的工農業(yè)生產中，需要對多點且分布于不同位置溫度的進行檢測，溫度的多點巡回檢測已成為一個必不可少的環(huán)節(jié)。目前，市場上有許多溫度巡回檢測儀，其設計精度一般都已滿足現(xiàn)在測量的要求，然而其支持的測溫點數(shù)量有限，對溫度的數(shù)據(jù)也缺少必要的管理。用一個系統(tǒng)來管理控制大規(guī)模溫度檢測顯得十分重要 2 系統(tǒng)設計 2.1系統(tǒng)要求1.支持16點ad590溫度傳感器(或熱電阻)；2.溫度能夠提供0.1度分辨率；3.檢測范圍-50100；4.檢測絕對精度保證0.5度以上；5.支持rs485通訊，支持modbus協(xié)議，上位機可以進行設定及讀操作。2.2溫度傳感器及其測溫原理 傳感器屬于信息技術的前沿尖端產品，啟重要作

11、用就如同人體的五官。溫度傳感器在工農業(yè)生產、科學研究和生活領域獲得了廣泛的應用，啟數(shù)量居各種傳感器之首。目前國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網絡化的方向發(fā)展。溫度傳感器大致經歷了三個發(fā)展階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器；模擬集成溫度傳感器（亦稱單片集成溫度傳感器）；智能集成溫度傳感器（亦稱數(shù)字溫度傳感器）。2.1.1 分立式式溫度傳感器 傳統(tǒng)的熱電偶、熱電阻、熱敏電阻及半導體溫度傳感器，均屬于分立式溫度傳感器，傳感器本身就是一個完整的、獨立的感溫元件。此類傳感器通常要配溫度變送器，以獲得標示準的模擬量(電壓或電流)輸出信號。使用時還需配上二次儀表，才能完成溫度測量及控制功

12、能。分立式溫度傳感器根據(jù)敏感材料不同又可分成熱電阻式和熱敏電阻式，是利用一些材料的電阻隨溫度變化的性質，通過測量敏感材料的電阻來確定被測的溫度。熱電阻式一般用金屬材料制成，如鉑、銅、鎳等。熱敏電阻是以半導體材料制成的陶瓷器件，如錳、鎳、鈷等金屬的氧化物與其它化合物按不同配比燒結而成。分立式溫度傳感器的主要缺點是外圍電路比較復雜、測量精度較低分辨力不高、需進行溫度校準(例如非線性校準、溫度補償、傳感器標定等)，另外它們的體積較大、使用也不夠方便，因此，分立式溫度傳感器將逐漸被淘汰。2.1.2 模擬集成溫度傳感器 集成傳地器是采用硅半導體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成傳感器。模擬集成

13、溫度傳感器是在20世紀80年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個芯片上，可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用ic它屬于最簡單的一種集成溫度傳感器，模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一僅測量溫度)、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗適合遠距離測溫、控溫不需要進行非線性校準，外圍電路簡單，它是目前在國內外應用最為普遍的種集成傳感器。典型產品有ad590、ad592、tmp17、lml35等。2.1.3 集成數(shù)字化溫度傳感器 溫度檢測的傳統(tǒng)方法是使用模擬傳感器，那么一個溫度量要經過感溫元件、測量電路、放大電路、模數(shù)轉換電路之后才能得到相應的數(shù)字量。這樣設計者須考慮的線路環(huán)

14、節(jié)較多相應測溫裝置中元器件數(shù)量降不下來，隨之影響產品的可靠性和體積微縮化。而且模擬信號在長距離傳輸過程中，如何抗電磁干擾是一個難以解決的問題。對于多點溫度檢測的場合，各被測點到測試裝置之間引線距離往往不同。還有各敏感元件參數(shù)的不一致性都是造成誤差的原因。把被測溫度這一非模擬量轉換成數(shù)字量將其處理過程的多個環(huán)節(jié)集成在單片ic器件內部，是解決傳統(tǒng)溫度檢測方法弊病的理想途徑。 與模擬傳感器相比由于采取高集成度設計，使數(shù)字式傳感器在可靠性、抗干擾能力以及器件微小化方面都有明顯的優(yōu)點但受半導體器件本身限制。數(shù)字式傳感器還存在一些不夠理想的地方。比如實際應用時需加修正值，剩溫范圍不寬，一般為，-50+15

15、0。雖然存在一些不足，但是充分利用微處理技術發(fā)展數(shù)字化、集成化和自動化的溫度傳感器仍是溫度傳感器的發(fā)展方向之一2.1.4 系統(tǒng)分析和測溫傳感器的選擇溫度是許多監(jiān)控系統(tǒng)中的一個重要參數(shù)，比如在糧食存儲過程中，為了保證糧食的存儲品質，必須實時檢測儲存糧食的溫度。過去糧食溫度的檢測是靠人工手測進行，不但測試速度慢、測試精度低，而且人員勞動強度非常大。由于糧庫大部分是由數(shù)個容積較大的平倉、筒倉等組成這些糧倉都高約二十米、直徑達十米以上，對它的溫度檢測除了要求解決被測參數(shù)技術問題外(如精度，可靠性等)，從系統(tǒng)結構而言，就是解決多點和分布的問題。多點和分布也同樣是其它測控系統(tǒng)所面臨的問題。像無人職守的機站

16、會分布在很大的范圍內，各機站與監(jiān)控中心的距離很遠，數(shù)據(jù)必須通過遠程傳輸進行交換。多點溫度巡回檢測系統(tǒng)正是針對上述問題而研制的。系統(tǒng)分析：1溫度測量范圍 在糧倉、樓宇、機站等場合測量溫度范圍一般為周圍環(huán)境溫度的變化范圍。溫傳感器的測溫范圍在50+150之間，就可以滿足測量需要。2多點溫度數(shù)據(jù)采集 多點測溫過程中主要有兩個問題：一個是各個測溫點的編碼問題另一個是各個測溫點溫度數(shù)據(jù)的采集、處理問題。測溫點的選擇通常是通過各路開關的導通和關斷來實現(xiàn)的。 測溫點溫度數(shù)據(jù)的采集，處理過程會隨著測溫傳感器的不同而不同。選用分立元件作為傳感器，如熱電阻,熱電偶,其電路相對復雜，再則是對多路溫度進行檢測，其電路

17、就會更加復雜；而選用模擬的溫度傳感器ad590，就會精簡大量的硬件設計,且達到了精度0.5度的要求,用此方案結構清晰,選擇測溫范圍是55+125，完全符合系統(tǒng)的要求。3測溫點分布 針對測溫點分布范圍較廣這個特點，系統(tǒng)由下位機和上位機構成一個分布式的測量系統(tǒng)。每一臺下位機采集和處理多點的溫度信息，然后通過遠程通信模塊把溫度信息傳到上位機。根據(jù)測溫點的分布情況，可以靈活的決定下位機數(shù)量的多少。 由于信息傳輸?shù)木嚯x較遠在傳輸過程中可能會遇到各種各樣的干擾，遠程傳輸?shù)目煽啃跃褪且粋€必須要解決的問題。在這個系統(tǒng)中是可通過頻移鍵控的調制解調器，把數(shù)字信號調制成不同頻率的模擬信號來進行傳輸。而且通過調制解調

18、器也有利于系統(tǒng)進行擴展和無線通信。4集中監(jiān)視和管理 計算機測最控制系統(tǒng)的優(yōu)勢之一就是集中監(jiān)控和管理。系統(tǒng)中由上位機的測溫管理軟件統(tǒng)一管理卜位機對測溫點參數(shù)進行設置、巡回檢測各測溫點溫度、顯示當前溫度、對超限溫度報警顯示、可以查詢溫度報表和歷史曲線。其運行環(huán)境為microsoft windows 2000/xp。有良好的人機界面、通用性好、操作方便。2.2 系統(tǒng)方案的確定根據(jù)對系統(tǒng)需求的分析，系統(tǒng)主要分為四個部分：分別是測溫點、數(shù)據(jù)采集處理模塊、遠程通信模塊和測溫管理軟件，見圖2.1所示。把圖的排號格式規(guī)范一下，都改為：圖2.1格式，不要使用2-1格式。圖2.1 系統(tǒng)框架其中測溫點有ad590作

19、為傳感器，它把溫度信號轉換為模擬信號；溫度采集處理模塊主要由單片機at89c52構成，完成對數(shù)據(jù)的讀取、處理及傳輸，此溫度采集處理模塊最多可處理16路溫度值。通訊模塊是通信模塊分下位機通信接口和上位機通信接口兩部分。下位機利用at89c52單片機的串行口傳輸和接收數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)從單片機的串行口出來以后經過電平轉換接口（485轉換為232接口）到達上位機的rs-232串行口。測溫管理軟件運行在上位機上，對整個的測溫過程進行管理，包括系統(tǒng)參數(shù)設置、巡回檢測各個測溫點溫度并實時顯示溫度信息和報警信息，以及溫度報表的管理等等。3 多點溫度巡回檢測系統(tǒng)的硬件設計3.1系統(tǒng)結構與各功能模塊多點溫度巡回檢測系統(tǒng)硬

20、件結構，如圖3-1所示。系統(tǒng)是由一臺中央計算機（上位機）和數(shù)臺由單片機構成的測溫模塊（下位機）組成二級主從分布式微機測量系統(tǒng)。上位機是系統(tǒng)的核心，在它的統(tǒng)一管理和協(xié)調指揮下，系統(tǒng)合理有序的工作。它的主要功能為：1、實時顯示模塊：對下位機的數(shù)據(jù)及運行狀態(tài)實時監(jiān)控。2、數(shù)據(jù)管理模塊：數(shù)據(jù)管理包括數(shù)據(jù)保存和對數(shù)據(jù)操作，可以實現(xiàn)查詢，插入，刪除等功能。圖3-1 多點溫度巡回檢測系統(tǒng)的硬件結構框圖3、打印輸出模塊：可以輸出報表等數(shù)據(jù)。4、通訊模塊：與下位機通訊，搜集數(shù)據(jù)及命令操作。下位機主要由at89c52單片機構成，完成溫度的采集、處理和傳輸。下位機的數(shù)量和一個下位機測量多少個溫度點，都可以進行靈活的

21、設定。系統(tǒng)最大可掛247個下位機，下位機最多可巡檢16個溫度值。下位機的硬件框圖如圖3-2所示下位機要實現(xiàn)的功能為：1、溫度采集：溫度采集是系統(tǒng)的第一個步驟，把溫度信號轉化為電信號，以便對溫度進行測量，計算。2、通道選擇：通道選擇是系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，可以完成巡回檢測及定點檢測。3、模數(shù)轉化：由于溫度采集所得到的信號是模擬信號，需要把它轉化為數(shù)字信號，給單片機處理。4、顯示和鍵盤：顯示即提供操作界面，又是狀態(tài)提示；鍵盤提供輸入設定。5、通訊：與上位機通訊，提供數(shù)據(jù)，且接受上位機指令控制。上位機和下位機之間的通訊是通過電平轉化電路實現(xiàn)，因為計算機的串行口電平與單片機的接收和輸出電平是不同的，需要轉換

22、，即232接口與485接 圖3-2 下位機硬件結構口的轉換。3.2 ad590 ad590是由美國哈里斯（harris）公司、模擬器件（adi）等生產的恒流源式模擬集成溫度傳感器。它兼有集成恒流源和集成溫度傳感器的特點，具有測量誤差小、動態(tài)阻抗高、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等優(yōu)點，適合遠距離測溫、控溫，不需要進行非線性校準。321 ad590的性能特點與工作原理ad590屬于采用激光修正的精密集成溫度傳感器。該產品有3種封裝形式：to-52封裝、陶瓷封裝（測溫范圍是55150）、to-92封裝（測溫范圍是070）。ad590系列產品的外形及符號如圖4所示。這類器件的外形與小功率晶體

23、管相仿，共有3個管腳：1腳為正極，2腳為負極，3腳接管殼。使用時將3腳接地，可起到屏蔽作用。本設計使用的ad590為to52，其測溫范圍是55150，最大非線性誤差為0.5。圖3-3 ad590外形與符號 圖3-4 25時電流與溫度關系ad590的電流溫度（i-t）特性曲線如圖5所示，熱力學溫度值與攝氏溫度值換算關系為： （1）322 ad590的應用本設計在溫度巡回檢測中對ad590進行應用，其硬件圖如圖3-5所示。圖3-5 ad590溫度采集ad590是恒流源式模擬集成溫度傳感器，要使其正常工作，其兩端壓差需在4v30v范圍內，右圖中vcc電壓在 11v左右。為了使有效的控制給不同ad59

24、0送電，采用兩級控制。只有當8550的基極為低電平時，8550就導通，給ad590供電，由于vcc的電壓為11v左右，因此加2803，在低電平時2803阻斷，讓8550基極高阻關斷給ad590供電，當高電平時給2803導通，8550導通，ad590就獲得工作電壓。圖3-5中r17為精密電阻，誤差為0.1，溫度信號轉換為電壓信號的公式為： （2）如圖3-5中port7為輸出端。3.3 數(shù)據(jù)采集及處理模塊系統(tǒng)中下位機要完成溫度的采集、轉化及數(shù)據(jù)的處理。以單片機為核心，控制溫度選擇通道模塊把經傳感器轉換得到的模擬信號提供給a/d轉換器，再經過a/d轉換器把模擬信號轉化為數(shù)字信號供單片機處理。系統(tǒng)所使

25、用的單片機是atmel公司的at89c52單片機。3.3.1 at89c52簡介 at89c52單片機是一種帶8k字節(jié)閃速可編程可擦除存儲器的低電壓、高性能coms 8位微控制器。它與mcs51系列單片機兼容，有256個字節(jié)的ram，4個i/o端口共32線，3個16位定時/計數(shù)器，全雙工串口通道，5個兩級中斷源結構。使用at89c52是一個高性能而有廉價的選擇。圖3-6為 at89c52管腳圖。3.3.2 通道選擇的實現(xiàn)系統(tǒng)的采集在ad590把溫度信號轉化為電信 圖3-6 at89c52管腳號后，就要把各路電信號送給a/d轉換器，由于是要把16路信號逐個送入。本設計是在只用一個a/d轉換器的情

26、況下，通過單片機對通道的選擇，采用巡回檢測的方式，把各個溫度值給a/d轉換器處理轉換，最后給單片機計算與處理，這個過程的硬件設計如圖3-7所示。圖3-7 通道選擇電路 圖3-8 tpic6b595時序圖 本設計通道選擇電路主要應用了移位寄存器tpic6b595。tpic6b595是一種單片、高電壓、中等電流的功率8位移位寄存器，是專為用戶相對高的負載功率的系統(tǒng)設計的。該器件包括一個內部的輸出電壓箝位電路以防止電感瞬變電壓。該器件包括一個8位的串入、并出移位寄存器，它的輸出反饋一個8位d型寄存器。數(shù)據(jù)分別在移位寄存器時鐘（srck）和寄存器時鐘（rck）的上升沿傳輸?shù)揭莆患拇嫫骱痛鎯拇嫫?。當?/p>

27、位寄存器清零端（srclk）為高時，存儲寄存器傳輸數(shù)據(jù)到緩沖器。當srclk為低時，輸入端的移位寄存器被清零。當輸出使能（g）保持為高時，在輸出緩沖器中所有的數(shù)據(jù)保持低電平并且所有的漏極輸出時關斷的。當輸出使能（g）為低時，從存儲寄存器到輸出緩沖器的數(shù)據(jù)時透明的。當輸出緩沖器中的數(shù)據(jù)為低電平時，dnos晶體管的輸出端是關斷的。當數(shù)據(jù)為高時，dnos晶體管的輸出端具有吸入電流的能力。串口輸出斷（ser out）允許將移位寄存器與其它器件的數(shù)據(jù)級聯(lián)系起來傳送。其時序圖入圖3-8所示。由于下位機要實現(xiàn)對16路溫度值的采集，本設計通道選擇電路主要應用了tpic6b595的移位功能，并且應用串聯(lián)使用功能

28、，主要目的是為了節(jié)省單片機io口，使系統(tǒng)資源充分的利用。具體的原理為：如圖3-8所示，選擇通道的指令在p1.1 、p1.2 、p1.3、 p1.4及p2.4按照上述時序控制下，由p1.0以串行輸入，指令為16位數(shù)據(jù)，由于一個tpic6b595只有8個輸出，需兩個tpic6b595級聯(lián)，u2的串行輸出作為u1的串行輸入，以此達到控制16路溫度的巡回檢測。3.3.3 模數(shù)轉換的實現(xiàn)a/ d轉換電路主要是由ad7705完成的。ad7705是應用與低頻測量的2/3通道的模擬前端。該器件可以接受直接來自傳感器的低電平的輸入信號，然后產生串行的數(shù)字輸出。利用-轉換技術實現(xiàn)了16位無丟失代碼性能。選定的輸入

29、信號被送到一個基于模擬調制器的增益可編程專用前端。片內數(shù)字濾波器處理調制器的輸出信號。通過片內控制寄存器可調節(jié)濾波器的截止點和輸出更新速率，從而對數(shù)字濾波器的第一個陷波進行編程。如圖3-10所示，sclk為串行時鐘， 施密特邏輯輸入。cs片選，低電平 圖3-10 ad轉換電路有效的邏輯輸入。drdy為邏輯輸出。 dout為串行數(shù)據(jù)輸出端。 din 為串行數(shù)據(jù)輸入端。在單片機根據(jù)控制字對ad7705進行操作。3.4 顯示報警及操作模塊顯示報警及操作模塊一般作為系統(tǒng)的人機界面，是系統(tǒng)功能的集中體現(xiàn)。3.4.1 液晶顯示顯示部分有兩種選擇，用數(shù)碼管(led)或液晶（lcd），用數(shù)碼管作為顯示溫度的設

30、備其有成本低的優(yōu)點，然而其電路接線復雜，顯示溫度點的數(shù)目有限；本設計為了讓溫度盡可能多的在同一界面顯示，減少接線的復雜度，采用液晶顯示測量溫度。本設計采用的液晶為st7920是臺灣矽創(chuàng)電子公司生產的中文圖形控制芯片，它是一種內置12864-12漢字圖形點陣的液晶顯示控制模塊，用于顯示漢字及圖形?？娠@示32個漢字，一行8個，或者顯示64個字符。其可以由兩種方式控制，串行控制和并行控制，本設計為了節(jié)省單片機i/o口，采用了串行控制顯示。p2.0接cs，p2.1接sclk， p2.2接sid，其控制時序如圖3-11所 圖3-11 串行模式時序示。 3.4.2 報警模塊報警部分要實現(xiàn)的功能為在有任何一

31、處的溫度值超出設定溫度值范圍時就要及時報警，做出報警動作。對與報警部分硬件電路的設計較為簡單，一是蜂鳴報警，二是顯示提示，在lcd上顯示。3.4.3 按鍵模塊系統(tǒng)的操作模塊即為按鍵的設計，根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，主要用于溫度值的設定和校準。需要由4個按鍵要實現(xiàn)以下功能：第一個按鍵是功能切換，第二個按鍵是向上調節(jié)，第三個按鍵是實現(xiàn)向下調節(jié)，第四個按鍵是確認鍵。3.5 數(shù)據(jù)通訊模塊 下位機上通訊部分的硬件電路設計為圖3-12所示。 圖3-12 下位機通訊接口電路如圖3-12所示，通訊接口電路主要應用了sn65lbc184芯片。sn65lbc184是sn5176行業(yè)標準范圍內的差分數(shù)據(jù)線收發(fā)器，它帶有內

32、置高能量瞬變噪聲保護裝置。這種設計特點顯著提高了抵抗數(shù)據(jù)同步傳輸電纜上的瞬變噪聲的可靠性，這種可靠性超過了多數(shù)現(xiàn)有器件。采用這類電路可提供可靠的低成本的直連（不帶絕緣變壓器）數(shù)據(jù)線接口，不需要任何外部元件。應用原理為：p0.5控制sn65lbc184的讀寫使能，在其控制下單片機的rxd、txd通過sn65lbc184，在通過485/232接口與計算機實現(xiàn)通信。如圖3-12，在與sn65lbc184連接時都用了光耦隔離，光耦兩邊使用不同的電源，5v和vcc（5v）表示不同的電源。其目的是為了防止干擾，實現(xiàn)通信的穩(wěn)定傳輸。4 多點溫度巡回檢測系統(tǒng)的軟件設計4.1下位機軟件程序設計4.1.1下位機程

33、序開發(fā)方法簡介本設計下位機部分就其功能來講，具一個有獨立作業(yè)的智能儀表。當前很多智能儀表采用前后臺系統(tǒng)設計，應用程序是一個無限的循環(huán)，后臺程序循環(huán)調用相應的函數(shù)完成相應的處理，中斷服務程序處理異步事件。時間相關性很強的關鍵操作靠中斷服務來保證的。這種方式的優(yōu)點是程序比較直觀，但由此帶來一個重要的問題是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實時性較差。中斷服務提供的信息一直要等到后臺程序運行到該處理這個信息時才能得到處理，最壞情況下的任務級響應時間(處理信息的及時性)取決于整個循環(huán)的時間，而循環(huán)的執(zhí)行時間不是常數(shù)，程序經過某一特定部分的準確時間不能確定，進而若程序修改了循環(huán)的時序也會受到影響。在智能儀表中移植嵌入式操作

34、系統(tǒng)能較好的解決以上問題，并使軟件開發(fā)工作變得規(guī)范、容易測試、實現(xiàn)模塊化編程和縮短開發(fā)周期。隨著系統(tǒng)硬件功的增強，成本的降低，功能要求的增加和復雜化，需要實時操作系統(tǒng)對多個任務進行合理協(xié)調調度，管理系統(tǒng)資源的要求越來越迫切。同時，各種嵌入式實時操作系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，對硬件配置要求的不再苛刻，實時性不斷增強，效率不斷提高使得在自動化儀表中使用實時操作系統(tǒng)成為可能。本設計采用small rtos51作為軟件開發(fā)平臺，實現(xiàn)對多點溫度進行巡回檢測，包括溫度轉換、溫度設定、顯示以及報警等功能，同時實現(xiàn)與上位機通信。4.1.2 small rtos5l簡介small rtos5l是一個基于51系列單片機的、免

35、費的、源代碼公開的多任務實時操作系統(tǒng)，可以在單片51系統(tǒng)上運行。它使用了rtx51 tiny的堆棧管理機制，并像uc/os-ii一樣是搶占式的。small rtos51是為51系列單片機編寫，具有處理機管理、存儲管理、設備管理，支持任務動態(tài)建立與刪除和動態(tài)內存分配，提供了用于任務間通信的信號量、消息隊列。small rtos5 l是為小ram系統(tǒng)設計的，對于采用只有較小ram和rom的5l微控制器的系統(tǒng)而言，移植small rtos5l是一個較好的選擇。4.1.3 下位機程序設計的實現(xiàn)根據(jù)下位機所要實現(xiàn)的功能在small rtos5 1的配置文件configh中建立了6個任務：通道選擇任務ch

36、unnelsel、報警任務warn、溫度計算任務caltemper、讀傳感器溫度任務readad、顯示任務display和系統(tǒng)參數(shù)修改任務modipara。由于各任務的重要性和實時性要求不一樣，任務間的通信利用信號量來實現(xiàn)，其代碼如下：/任務定義#ifdef in_os_cpu_c extern void chunnelsel (void);extern void modipara (void);extern void warn (void);extern void caltemper (void);extern void readad (void);extern void display (

37、void);void (* const taskfuctionos_max_tasks)(void)= chunnelsel, modipara, warn, caltemper, readad , display ;/函數(shù)數(shù)組taskfuction保存了各個任務初始 pc指針,其按任務id(既優(yōu)先級次序)順序保存#endif 圖4-1 主程序流程圖主程序的程序框圖如圖4-1。主程序的有兩個函數(shù)init()和osstart()，其中init()主要定義了系統(tǒng)節(jié)拍中斷頻率，osstart()的作用是啟動small rtos51的多任務環(huán)境，在調用此函數(shù)前系統(tǒng)不允許中斷。開 始選擇通道發(fā)送選擇完成

38、 信號關中斷結 束開中斷開 始讀溫度值發(fā)送讀取完成信號關中斷結 束開中斷 圖4-2 通道選擇程序流程 圖4-3 讀傳感器溫度流程通道選擇任務chunnelsel負責按設定的參數(shù)選擇數(shù)據(jù)輸入通道，然后睡眠設定的時間。由于系統(tǒng)要對多路溫度進行檢測，只有即時切換輸入通道才保證各輸入信號在規(guī)定時間內被檢測，因而通道選擇任務在系統(tǒng)中擁有最高優(yōu)先級。通道選擇程序流程如圖14。讀傳感器溫度任務readad如圖4-3，溫度計算任務caltemper程序流程見圖4-4。溫度計算任務caltemper、讀傳感器溫度任務readad控制ad7705將傳感器輸入信開 始計算溫度值發(fā)送信號給顯示關中斷結 束溫度正常?報

39、 警關中斷ny 圖4-4 溫度計算任務號轉換為數(shù)字信號， 并向溫度計算任務caltemper發(fā)送tempepsig信號。任務caltemper通過全局變量獲取檢測數(shù)據(jù)，接收readad任務發(fā)送的信號后查找與傳感器相對應的分度表，得到測點的溫度，檢查溫度是否正常后發(fā)送nodispsig或warnsig信號，通知其他任務。顯示任務display用于顯示檢測溫度和測點號，并進行l(wèi)ed報警。系統(tǒng)參數(shù)修改任務modipara監(jiān)視用戶按鍵輸入，調整系統(tǒng)檢測參數(shù)。報警任務warn根據(jù)溫度計算任務caltemper送來warnsig信號實現(xiàn)報警輸出顯示。4.1.4 串口通訊及協(xié)議串口通信要把下位機所采集到的溫

40、度送給上位機，它們之間的通信按照一 定的協(xié)議來完成，本設計上位機與下位機之間的通訊按照modbus來編寫。modbus 協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經由網絡（例如以太網）和其它設備之間可以通信。它已經成為一通用工業(yè)標準。有了它，不同廠商生產的控制設備可以連成工業(yè)網絡，進行集中監(jiān)控。 表4-1 rtu模式的消息結構開始地址功能碼數(shù)據(jù)段crc校驗結束t1-t1-t2-t48位8位n8位16位t1-t2-t3-t4標準的modbus協(xié)議有兩種傳輸方式：ascii模式和rtu模式。在ascii模式下，消息中的每個8bit字節(jié)都作為兩個ascii字符發(fā)送，采

41、用縱向冗長檢測(lrc)校驗。這種方式的主要優(yōu)點是字符發(fā)送的時間間隔可達到ls而不產生錯誤。在rtu(remote terminal unit)模式下，采用字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸、crc校驗。這種方式的主要優(yōu)點是：在同樣的波特率下，可比ascii方式傳送更多的數(shù)據(jù)。本設計要傳輸?shù)臏囟戎挥?6路之多，選擇采用rtu方式傳輸。rtu方式傳輸?shù)母袷揭姳?-1所示。如表所示開始t1t2t3t3表示消息發(fā)送至少要以3.5個字符的停頓時間，8位地址，可能的地址為0-247個，其中0作為廣播地址，當modbus應用于更高水準的網絡時，廣播方式不被允許。8位功能碼可能的代碼為1-255。本設計中只用到03(讀取保持寄存

42、器在一個或多個保持寄存器中取得當前的二進制值)，數(shù)據(jù)段包括數(shù)據(jù)長度和數(shù)據(jù)值，crc校驗包括高低兩位。以1號機為例，下位機所要發(fā)送的數(shù)據(jù)為：01 03 16 data1data16 crc高位 crc低位下位機的程序具體見附錄。4.2 上位機溫度控制軟件設計整個測溫系統(tǒng)的管理是通過在上位機運行的測溫系統(tǒng)管理軟件來完成。根 圖4-5 測溫系統(tǒng)管理軟件的功能結構據(jù)對溫度測量系統(tǒng)的分析，溫度測量系統(tǒng)如圖4-5所示。上位機的測溫管理軟件以vc+ 6.0為開發(fā)平臺，用mfc視圖類應用。其主界面如圖4-6。圖4-6 測溫軟件主界面串口通訊中應用了串口類函數(shù)serialport，其調用是使用的代碼為：int

43、cmainframe:oncreate(lpcreatestruct lpcreatestruct). submenu-enablemenuitem(id_set1,mf_bycommand|mf_disabled| mf_grayed);nbaud=9600;ncom=2;ndata=8;nstop=1;cparity=n; count=0;return 0;void cmainframe:onoff() .if(bmportopen).ndwcommevents=ev_rxflag | ev_rxchar;if(m_port.initport(this,ncom,nbaud,cparity

44、,ndata,nstop,ndwcommevents,512)m_port.startmonitoring();.圖15 串口設置各設置功能界面，為串口設置、測溫參數(shù)設置、溫度記錄。見圖4-7、圖4-8和圖4-9。圖16 測溫參數(shù)設置 圖4-7 串口設置界面 圖4-8 測溫點設置界面 圖4-9 溫度記錄界面5 系統(tǒng)測試與分析5.1通道選擇調試 通道的調試是能否實現(xiàn)多點巡回檢測的關鍵，其調試過程為：1.給tpic6b595送通道選擇的控制字，對應1到16路輸出；2.在送一個控制字后，就測量其輸出通道是否按控制要求導通，具體測8550是否導通，用2個字節(jié)控制16路，程序中定義為cha_h,cha_

45、l。其控制對應見表5-1。 表5-1 通道選擇控制字節(jié)表通 道 選 擇對應控制字1路cha_h=0x00, cha_l=0x012路cha_h=0x00，cha_l=0x023路cha_h=0x00，cha_l=0x044路cha_h=0x00，cha_l=0x085路cha_h=0x00，cha_l=0x106路cha_h=0x00，cha_l=0x207路cha_h=0x00，cha_l=0x408路cha_h=0x00，cha_l=0x809路cha_h=0x01，cha_l=0x0010路cha_h=0x02，cha_l=0x0011路cha_h=0x04，cha_l=0x0012路c

46、ha_h=0x08，cha_l=0x0013路cha_h=0x10，cha_l=0x0014路cha_h=0x20，cha_l=0x0015路cha_h=0x40，cha_l=0x0016路1表格標題應該左對齊。2排號應該使用表5.2格式，不要使用5-2。3另外ad590一般達不到0.1精度，建議你改為0.34建議你把表格里的數(shù)據(jù)后不要加這個單位，把它寫到理論溫度（）與實際溫度（）位置上。cha_h=0x80，cha_l=0x00調試結果為在給輸出控制字時有對應的輸出，通道選擇設計完全可行。5.2溫度測量溫度測量部分的調試過程為：首先進行溫度的校準，分有零度校準和滿度校準；然后進行校準后數(shù)據(jù)分

47、析。零度校準和滿度用玻璃溫度計作為校準基準，校準后調試數(shù)據(jù)見表5-2。表5-2 理論溫度與實際溫度比較理論溫度210203040506070809099.8實際溫度21020.130.14050.16069.979.989.999.7表5-2所示，在校準時由于校準基準的條件限制，只能在0和100附近進行校準。最大絕對溫差為0.1，滿足設計要求。5.3上位機與下位機通訊調試上位機與下位機通訊的調試過程分兩部分，首先是對下位機部分的接收和發(fā)送進行調試；然后對上位機的接收和發(fā)送功能進行調試。其中在調試過程中用到的工具為串口調試工具v2.2。通過串口調試工具v2.2，按modbus協(xié)議發(fā)送給下位機接收

48、，比較串口調試工具v2.2發(fā)送的數(shù)據(jù)與接受的數(shù)據(jù)一致，下位機接受正常。下位機給串口調試工具v2.2發(fā)送數(shù)據(jù)，顯示比較一致，下位機發(fā)送正常。同樣方法用串口調試工具v2.2與上位機進行調試，收發(fā)功能正常。最后，調試上位機與下位機的收發(fā)功能，可實現(xiàn)正常接受和發(fā)送。6 系統(tǒng)的抗干擾措施6.1 下位機的抗干擾措施 在溫度測量過程中會遇到比較惡劣的測溫環(huán)境，有兩個地方需要提高抗干饒，一個是提高下位機單片機系統(tǒng)的抗干擾能力，另一個是提高在傳輸過程中的抗干擾能力，保證可靠性。下位機的抗干擾措施：1.設置去耦電容 去耦電容接在電源線與地線之間，可以有效的削弱芯片電源線和地線之間的電壓尖峰與毛刺干擾信號，減少通過

49、電源線和地線耦合引起的干擾。2.地線與電源線的處理 信號通過地線和電源線阻抗的耦合將會產生干擾，因此盡量加大地線和電源線的截面，并盡可能的寬一些，減少交叉布線。3.元器件布局模擬元器件和數(shù)字元器件分別相對集中布置。數(shù)字元器件的接地共同引出接地-數(shù)字地；模擬器件的接地端共同接地-模擬地。然后將數(shù)字地同模擬地分別引出，最后連接至總接地端形成電路板上的地線。4.信號線 測溫系統(tǒng)中單片機與測溫點之間的信號傳輸線采用雙絞線。它可以降低鄰近信道的電磁耦合和外部信號的電磁干擾。采用雙絞線來進行信號傳輸較普通測溫線傳輸距離來得遠。6.2 數(shù)據(jù)通訊校驗數(shù)據(jù)在傳輸、存取、運算過程中都有可能產生差錯。測溫系統(tǒng)由于受各種干擾的影響，接受到數(shù)據(jù)不可避免的可能會出現(xiàn)差錯。這就需